導(dǎo)葉變化對(duì)核主泵性能的影響.pdf

1、伴隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源問(wèn)題成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)，核能的開(kāi)發(fā)與利用，已經(jīng)成為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。驅(qū)使冷卻劑在RCP系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)的泵（簡(jiǎn)稱核主泵），它是確保核反應(yīng)堆安全可靠運(yùn)行的最為關(guān)鍵的部件之一，屬于核電站的一級(jí)設(shè)備。核主泵不僅要在大流量、高功率下運(yùn)行，而且還必須能承受高溫高壓強(qiáng)輻射的三維工作環(huán)境。在保證核主泵能夠安全、穩(wěn)定工作的條件下，以優(yōu)化核主泵過(guò)流部件的性能為目的，本研究以AP1000核主泵縮比模型泵為研究對(duì)象（縮比系數(shù)為

2、0.5），對(duì)導(dǎo)葉這一重要的過(guò)流部件進(jìn)行了優(yōu)化研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在核主泵導(dǎo)葉葉片均勻變化的前提下，通過(guò)改變導(dǎo)葉葉片數(shù)、導(dǎo)葉葉片厚度以及導(dǎo)葉圓周旋轉(zhuǎn)角，結(jié)合原始模型數(shù)據(jù)、及經(jīng)驗(yàn)的前提之下，改變泵模型參數(shù)，從而來(lái)研究導(dǎo)葉均勻變化對(duì)核主泵性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在設(shè)計(jì)工況下，在只改變導(dǎo)葉葉片數(shù)、導(dǎo)葉葉片厚度、導(dǎo)葉圓周旋轉(zhuǎn)角中某一個(gè)變量，其他設(shè)計(jì)參數(shù)均不變時(shí)，導(dǎo)葉葉片數(shù)為18、導(dǎo)葉葉片厚度為原厚度、導(dǎo)葉圓周旋轉(zhuǎn)角為8°時(shí)，

3、泵的揚(yáng)程和效率最高，導(dǎo)葉整體流道以及壓水室內(nèi)的流場(chǎng)分布也更加均勻；而導(dǎo)葉葉片數(shù)為16、導(dǎo)葉葉片厚度均勻增厚1.5倍、導(dǎo)葉圓周旋轉(zhuǎn)角為16°時(shí)，導(dǎo)葉的消除液流速度環(huán)量的能力較強(qiáng)、導(dǎo)葉內(nèi)的水力損失也較小。這說(shuō)明導(dǎo)葉出口液流的速度環(huán)量并不是越小越好，存在使得泵性能最佳的最優(yōu)導(dǎo)葉出口液流速度環(huán)量。最優(yōu)的導(dǎo)葉出口液流速度環(huán)量能夠使液體在流動(dòng)時(shí)更好地貼近壁面，防止形成脫流，從而使流場(chǎng)分布更加均勻，有效提高泵的整體性能。⑵研究了導(dǎo)葉葉片厚度對(duì)核主泵性

4、能的影響。與前面研究所不同的是：在綜合考慮了導(dǎo)葉葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及導(dǎo)葉葉片間的排擠的前提下，對(duì)導(dǎo)葉葉片進(jìn)行了非均勻加厚。通過(guò)數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)了只改變導(dǎo)葉葉片厚度的五種核主泵模型的水力性能。結(jié)果表明：設(shè)計(jì)工況下，導(dǎo)葉葉片均勻減薄0.5倍時(shí)，導(dǎo)葉間的排擠減小，但導(dǎo)葉的導(dǎo)流能力以及能量轉(zhuǎn)化能力下降，最終使得核主泵的揚(yáng)程、效率降低；導(dǎo)葉葉片前1/2段均勻加厚1.5倍時(shí)，形成的“前厚后薄”的導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，較其它四種方案，其流場(chǎng)分布最為均勻，導(dǎo)葉內(nèi)的流動(dòng)

5、損失也最小，模型泵的揚(yáng)程、效率最高。這說(shuō)明在滿足導(dǎo)葉葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，可根據(jù)導(dǎo)葉流道的不同相對(duì)位置，結(jié)合其不同流動(dòng)狀態(tài)對(duì)導(dǎo)葉葉片進(jìn)行非均勻加厚，以減小流道內(nèi)的水力損失并最大程度地將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能，從而來(lái)提高核主泵的內(nèi)外特性。⑶對(duì)導(dǎo)葉葉片非均勻布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。通過(guò)觀察原模型泵內(nèi)流體的真實(shí)流動(dòng),發(fā)現(xiàn)在靠近右側(cè)隔舌的導(dǎo)葉出口及蝸殼右側(cè)隔舌處流動(dòng)最為紊亂。因此對(duì)靠近右側(cè)隔舌處的導(dǎo)葉進(jìn)行了非均勻布置。對(duì)這個(gè)導(dǎo)葉葉片進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)，分別旋轉(zhuǎn)了+

6、5°、-5°、+10°、-10°、+15°、-15°。這樣就形成了導(dǎo)葉非均勻布置的結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)旋轉(zhuǎn)角θ為+10°時(shí)，核主泵的揚(yáng)程、效率最高，θ=-5°時(shí)最低，效率最大相差3.86%，揚(yáng)程最大相差可達(dá)1.60m。同樣在θ=+10°時(shí)，導(dǎo)葉內(nèi)以及蝸殼內(nèi)的水力損失均最小。與此同時(shí)，觀察核主泵內(nèi)的內(nèi)流場(chǎng)不難發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)工況下，θ=+10°時(shí)，導(dǎo)葉出口中心截面流線分布最為均勻且順暢、湍動(dòng)能的變化范圍也最小、壓水室出口軸面速度矢量分布的二次